GaN의 특성과 성장 방법

목차

1) GaN의 물성
2) 쓰이는 곳 (현재 동향)
3) 단결정 성장법
4) 고찰

본문내용

1) GaN의 물성
Ⅲ-Ⅴ 족 화합물 중 GaN 는 넓은 에너지 간격(3.4eV)과 직접 천이형 밴드 구조(direct transition type band structure)의 특성을 지니는 물질로서 청색이나 자외선 영역의 발광소자에 응용이 기대되는 재료이다. 또한 열전도도가 크고(1.3 W/cm), 고온에서 안정하며, 포화 전자 이동 속도가 크고, 화학적, 물리적으로 안정하여 고온, 고주파 영역에서 사용할 수 있는 전자소자로서의 응용이 기대되고 있다.
이와 같은 GaN의 우수한 특성에도 불구하고 재료 성장의 어려움과 재료의 불안정성으로 인해 양질의 GaN 박막을 얻기 힘든 실정이다. Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체의 근간이 되는 GaN 박막을 성장하는 데는 현재 sapphire 기판 위에 500～600℃로 AlN 또는 GaN buffer layer를 증착시키고 그 위에 GaN 를 성장하고 있는데 1000℃ 이상의 고온이 필요하여 박막의 질 저하와 소자의 효율 감소 등의 문제가 대두되고 있다. 따라서 이러한 문제점을 극복하기 위해 플라즈마를 이용한 CVD 및 MBE 연구가 활발하게 제시되고 있다.

2) 쓰이는 곳 (현재 동향)
GaN은 청색 LED 제조에 필수 재료로서 조명용 백색 LED의 상품화에 크게 이바지 하고 있다. 전체 LED의 약 80% 정도는 GaN 기반 LED가 차지하고 있다. GaN의 뛰어난 특성은 LED 뿐만 아니라, 전력 반도체에도 활용할 수 있다. GaN를 이용하면, 현재의 실리콘 전력 반도체보다 인버터와 컨버터 등 전력 변환기의 대대적인 효율 향상과 소형화를 기대할 수 있다. GaN이 넓은 밴드 갭(3.4 eV)과 높은 항복 전압, 낮은 온 저항, 빠른 스위칭 속도를 제공하기 때문이다. 일부 특성은 SiC보다 오히려 낫다. 그러나 개발 및 상품화 측면에서는 SiC보다 더딘 행보를 보이고 있다. Yole Developpement에 따르면, GaN를 이용한 전력 반도체 시장 규모는 2011년에 250만 달러 미만이며, 제품을 판매하고 있는 메이커도 두 개 사에 그치고 있다.

참고 자료

“GaN, 차세대 전력 반도체 패권에 도전” / 윤범진 기자
“MOCVD를 이용한 GaN박막 성장 및 특성 연구” / 양승현, **김선중, *심현욱, **서영훈, 남기석. 전북대학교 화학공학부, *반도체과학기술학과, **(주) 아남산업
“GaN 단결정 기판의 제조기술” / 한국과학기술정보연구원 전문연구위원 김용환
“Etch-Pits of GaN Films with Different Etching Methods” / Min Lu, Hui-Zhi Fang, Zhi-Jian Yang, Hua Yang, Li Zi-Lan, Ren Qian, Zhang Guo-Yi and Zhang Bei